據(jù)外媒報道，隨著信息處理和通信的需求不斷增長，納米光學(xué)操縱成為了一個關(guān)鍵的研究領(lǐng)域。能夠在納米尺度上控制和操縱光會實(shí)現(xiàn)大量的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)通信、成像、測距、傳感、光譜學(xué)、量子和神經(jīng)電路等，如自動駕駛汽車的激光雷達(dá)以及速度更快的視頻點(diǎn)播等。
如今，由于硅在電信波長上具備一定的透明度、具備電光和熱光調(diào)制能力以及可與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容，已經(jīng)成為了首選的集成光子學(xué)平臺。雖然，硅納米光子在光學(xué)數(shù)據(jù)通信、相控陣列、激光雷達(dá)、量子和神經(jīng)電路等方面取得了重大進(jìn)展，不過，大規(guī)模將硅納米光子集成至上述系統(tǒng)中還有兩個主要障礙：對擴(kuò)展光學(xué)寬帶的需求不斷擴(kuò)大以及高電力消耗。
現(xiàn)有的大部分硅相位調(diào)制器能夠改變光學(xué)信號的相位，但是該過程帶來的代價是很高的光學(xué)損耗（電光調(diào)制）或很高的電力消耗（熱光調(diào)制）。不過，美國哥倫比亞大學(xué)團(tuán)隊(duì)表示，他們發(fā)現(xiàn)了一種新方式，可以利用2D材料（超薄、0.8納米，或人類頭發(fā)的十萬分之一的材料）來控制光相位，而且不會改變其振幅，電力消耗也極低。
研究人員表示，只要在無源硅波導(dǎo)上放置該超博材料，就能夠像現(xiàn)有的硅相位調(diào)制器一樣，大幅改變光的相位，而且光損耗和功耗要低得多。
眾所周知，過渡金屬雙鹵族化合物（TMD）等半導(dǎo)體2D材料的光學(xué)特性會隨著其激子共振峰（吸收峰）附近的自由載流子注入（摻雜）而發(fā)生顯著變化。不過，幾乎沒人知道在遠(yuǎn)離此類激子共振的電信波長處，摻雜自由載流子對TMD光學(xué)性質(zhì)的影響，在此類激子共振處，材料是透明的，因此可以用于光子電路。
哥倫比亞大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過在低損耗氮化硅光腔上集成半導(dǎo)體單層，并在半導(dǎo)體單層摻雜了離子液體，以探測TMD的電光響應(yīng)。他們觀察到摻雜了離子液體后，相位變化較大，而在環(huán)形腔的傳輸響應(yīng)中，光損耗的變化最小。他們發(fā)現(xiàn)，對于單層TMD而言，摻雜引起的相位變化是吸收引起的相位變化的約125倍，明顯高于Si和Si上的III-V等常用的硅光子調(diào)制器材料，同時插入損耗可以忽略不計(jì)。
研究人員正在繼續(xù)探索和更好地理解強(qiáng)電折射效應(yīng)的潛在物理機(jī)制。他們目前正利用低損耗和低功率相位調(diào)制器來取代傳統(tǒng)的移相器，以在光學(xué)相控陣、神經(jīng)和量子電路等大規(guī)模應(yīng)用中減少電力消耗。
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